Al、Ti掺杂对Mg_2Ni合金相结构稳定性的影响及其微观机理

采用第一性原理赝势平面波方法,研究元素Al和Ti掺杂对Mg2Ni储氢合金相结构稳定性的影响及其微观机理。结果显示:在掺杂浓度x=0～0.5范围内,所形成的Mg2Ni型Mg2-xMxNi(M=Al,Ti)固溶体合金的相结构稳定性随Al掺杂浓度的增大而增强,随Ti掺杂浓度的增大而减弱,且Mg2-xMxNi(M=Al,Ti)固溶体合金相对于立方结构的Mg3MNi2(M=Al,Ti)化合物呈现热力学不稳定性,极易分解成由立方结构Mg3MNi2(M=Al,Ti)和六方结构Mg2Ni组成的复合相,计算结果与实验结果吻合。电子结构分析表明,Al、Ti掺杂Mg2Ni储氢合金的相结构稳定性与体系在低能级区的成键电子数密切相关。

CrAlN硬质刀具涂层的相结构稳定性及其热分解机制

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,从理论上系统研究不同Al固溶浓度x(x=0~1)下面心立方(FCC)结构Cr1-xAlxN硬质刀具涂层的微观几何构型、相结构稳定性及其热分解机制,并从电子结构角度对其稳定性起源进行分析。结果表明:随着Al固溶浓度增大,FCC-Cr1-xAlxN晶胞逐渐收缩,而其晶格畸变程度却先增大后减小,且当Al浓度x为0.5~0.75时,FCC-Cr1-xAlxN晶格畸变较为严重,为析出密排六方(HCP)结构的Al N化合物提供源动力;随着Al固溶浓度增大,FCC-Cr1-xAlxN相结构稳定性逐渐降低,且其极易按FCC-Cr1-xAlxN→(FCC-Cr N)+(HCP-Al N)→(HCP-Cr2N)+N2+(HCP-Al N)的路径进行分解,计算结果与实验保持一致;Al固溶致使FCC-Cr1-xAlxN相结构稳定性降低的内在原因在于Cr1-xAlxN晶胞中Cr—N共价键作用随Al固溶度的增大而逐渐减弱。

RhZr相结构稳定性和电子结构性质的第一性原理研究(英文)

用第一性原理计算研究RhZr两种晶体结构的结构稳定性和电子结构性质。采用基于第一性原理的平面波赝势法,分别用局域密度近似和广义梯度近似法,对晶体原子的结构进行优化,并分别对正交晶系RhZr和立方晶系RhZr的基态性质,如晶格参数、能态密度、形成能以及形成焓等进行计算。计算结果表明:正交晶系RhZr比立方晶系RhZr更容易生成,而且生成的正交晶系RhZr比立方晶系RhZr更稳定。能态密度计算结果表明:立方晶系RhZr比正交晶系RhZr稳定,是因为在立方晶系RhZr中不仅存在Rh?Zr还存在Rh?Rh或者Zr?Zr之间的相互作用键。由态密度分析还可看出,在费米面附近Rh的4d轨道与Zr的4d轨道存在较强的轨道杂化。

Fe-Ce系化合物相结构稳定性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了CeFe_2、CeFe_5、Ce_2Fe_(17)三种化合物的生成焓、结合能、电子结构、弹性性能、力学性能及德拜温度。生成焓和结合能表明三种化合物均具有热力学稳定性,且Ce_2Fe_(17)具有最好的化合物形成能力;态密度图表明三种化合物的成键方式相似,成键电子主要是由Ce的6s、5p、4f轨道电子与Fe的3d轨道电子贡献;差分电荷密度图得出三种化合物均有金属键、离子键、共价键三种键构成;杨氏模量、剪切模量、德拜温度、理论硬度的大小顺序进一步得出Ce_2Fe_(17)具有最好的力学、热力学稳定性。

铌掺杂对BaCo_(0.7)Fe_(0.3-x)Nb_xO_(3-δ)透氧能力及稳定性的影响

采用固相合成法制备了BaCo0.7Fe0.3-xNbxO3-δ(x=0.08～0.14)材料。铌掺杂量的改变能显著影响材料的相结构稳定性、化学稳定性、晶粒组织及透氧性能。随着铌掺杂量的提高,材料的氧空位形成能力增强、晶粒组织得到细化,从而提高了材料的透氧能力。不同烧结时间下BaCo0.7Fe0.3-xNbxO3-δ透氧膜片透氧能力的测试结果表明晶粒组织的细化能够提高BaCo0.7Fe0.3-xNbxO3-δ材料的透氧能力。

Cr原子数分数对β_0-Ti_(50)(Al_(50-x)Cr_x)稳定性和弹性性质的影响

采用基于密度泛函理论的第一原理赝势平面波方法,计算了B2-Ti50(Al50-xCrx),x=6.25,9.375,12.5,18.75,25晶体的能量、电子结构和弹性常数,并通过合金形成热、结合能、Born稳定性判据、Cauchy压力参数(C12-C44)和B/C44比值,表征和评判了Cr原子数分数对B2型Ti Al-Cr合金相稳定性、强度与韧脆化倾向的影响.结果表明:当Cr原子数分数大于9.0%时,B2-Ti50(Al50-xCrx)相才能稳定存在,且稳定性随Cr原子数分数增加而升高;同时,随Cr原子数分数增加,合金的体积模最B,剪切模量G和弹性模量E也增大;当Cr原子数分数大于12.5%时,其韧化效果变好.通过电子态密度和价电子密度分布图的比较与分析,初步解释了Cr原子数分数对B2-Ti50(Al50-xCrx)相结构稳定性的影响及其强韧化作用.

Cu掺杂6000系铝合金中β?相的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的投影缀加平面波方法和广义梯度近似,研究Cu掺杂对6000系铝合金中主要强化相β"相(Mg_5Al_2Si_4)的几何结构、相稳定性和电子结构的影响。结果表明:β"相的晶胞参数与文献报道相符。掺杂Cu后体系的晶胞形状发生微小变形且体积减小,而不同掺杂浓度和掺杂位置对掺Cu结构Mg_(5-x)Al_(2-y)Si_4Cu_(x+y)的几何性质影响不同,进而影响β"相和Al基体之间的晶格错配度;Cu既替代Mg1又替代Al原子和Cu只替代Al原子的结构在合金中更容易形成,而Cu只替代Mg1原子的结构在合金中不易形成,该计算结果与实验报道相符。电子结构分析表明,掺杂Cu后形成的Mg_(5-x)Al_(2-y)Si_4Cu_(x+y)相结构的稳定性和体系在费米能级附近的赝能隙密切相关。

宋晓艳教授荣获2023年首都劳动奖章

我学会副理事长、北京工业大学宋晓艳教授,荣获2023年首都劳动奖章。宋晓艳教授长期从事硬质合金、计算材料学、稀土功能材料等基础研究与应用开发工作。研究合金中纳米晶组织稳定性和相结构稳定性及其对材料性能得调控机制.

Ti合金化Mg_2Ni氢化物能量和电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,计算Ti掺杂Mg2Ni储氢合金及其氢化物的能量和电子结构。计算结果表明:在掺杂浓度为0≤x≤0.5的情况下,Ti优先占据Mg(II)位,Ti的掺杂使Mg2Ni合金稳定性降低,且随着掺杂浓度的升高,对稳定性的削弱效果逐渐增强。六方结构的固溶体合金Mg(2-x)TixNi(0≤x≤0.5)相对于立方结构的Mg3TiNi2化合物呈现热力学不稳定性,极易分解为Mg3TiNi2和Mg2Ni组成的复合相。Ti的掺杂使低能级区域的成键电子数减少,削弱了H-Ni的成键作用,提高了Mg2Ni氢化物的解氢能力。

Pd-Ru-Zr体系的虚拟晶体近似研究（英文）

采用密度泛函理论中的虚拟晶体近似方法研究了Zr和Ru掺杂Pd体系的相结构稳定性。搭建了3种可能的虚拟晶体近似模型,并计算了体系的弹性常数正方剪切常数、体模量、剪切模量、杨氏模量、Cauchy压力值和态密度等。计算结果表明根据正方剪切常数判断Pd-5Ru-1Zr[T(3)]是Pd-Ru-Zr体系中最稳定的相,根据Cauchy压力值判断Pd-10Ru-1Zr[T(2)]是硬脆相,并且具有较强的方向键,随着Ru和Zr原子逐步替代Pd原子,体系的化学键强度和硬度逐渐增大,但是相结构稳定性有所降低。